Les gibbérellines (GA) sont une classe de phytohormones modulant différents aspects du développement des plantes. La biosynthèse des GA est catalysée par l’activité de différentes classes d’enzymes permettant la formation des formes bioactives. Si les mutants de biosynthèse sont nains, un excès de l’hormone provoque croissance excessive et stérilité. Ainsi, les plantes ont développé des mécanismes efficaces leur permettant de maintenir une concentration optimale de GA bioactives. Un niveau supplémentaire de régulation peut être constitué par une séparation spatiale de la biosynthèse dans différents types cellulaires et organes. A l’aide d’approches variées, nous démontrons qu’une forme intermédiaire est mobile sur de longues distances. Ce transport s’effectue à travers les vaisseaux vasculaires de la plante, et pourrait impliquer des transporteurs. Ensembles, nos résultats révèlent la nature et les propriétés biologiques du transport de GA sur de longues distances chez Arabidopsis. / Gibberellins (GA) are a class of diterpenoid hormones regulating major aspects of plant growth. GA biosynthesis from GGDP is catalyzed by the activity of different classes of enzymes leading to the formation of the active forms of GA. Thus GA biosynthesis mutants are dwarfs and late flowering, while GA overdose causes excessive growth and sterility. Therefore plants have evolved efficient mechanisms to maintain optimal levels of bioactive GA. However, an additional level of regulation may reside in the separation of the GA biosynthetic pathway into distinct cell types and organs. Through micro-grafting, genetic and biochemical approaches, we demonstrate that a GA intermediate is mobile over long distances in Arabidopsis. Moreover, this transport occurs through vascular tissues of the plant, and may involve specific transporters. Altogether, our results reveal the nature and the biological properties of GA long distances transport in Arabidopsis.

Le fraisier diploïde (Fragaria vesca, 2x=14) comporte deux modes de reproduction : la reproduction sexuée via la floraison, et la multiplication végétative via la production de stolons. Cette espèce présente également deux types de floraison, non-remontants ou remontants, selon la période d’initiation florale du génotype. Chez le fraisier diploïde, le gène responsable de la remontée florale a été identifié comme étant l’homologue du répresseur floral TFL1 et celui du stolonnage reste inconnu. L’objectif de cette thèse est d’identifier le gène responsable du stolonnage et de mieux comprendre la balance entre les deux modes de reproduction, sexuée et asexuée, chez le fraisier diploïde. Une approche de cartographie fine associée à du NGS a permis d’identifier le gène responsable du stolonnage, FvGA20ox4. Ce gène intervient dans la voie de biosynthèse des gibbérellines. Les génotypes non-stolonnants présentent une délétion de neuf bases qui ne modifie pas le cadre de lecture du gène. L’observation cytologique des méristèmes axillaires montre que les génotypes mutés présentent un allongement des axillaires comme les génotypes sauvages mais que ces bourgeons nécrosent par la suite. Une étude de l’activité enzymatique de la protéine délétée de trois acides aminés a montré qu’elle était inactive et ne permettrait pas de transformer les précurseurs de GA (GA12) en GA intermédiaires, qui seront convertis en GA actives via d’autres enzymes. Chez les génotypes mutés, un apport de GA3 permet de restaurer l’émergence de stolons. L’étude de la balance entre les deux modes de reproduction a été étudiée au sein d’une population en ségrégation pour le stolonnage et la remontée florale. Une approche QTL a permis de confirmer le rôle des gènes TFL1 et GA20ox4 dans le devenir des méristèmes en floral ou stolon respectivement et d’identifier deux loci présents sur le LG3 et LG4 impliqués dans la variation quantitative de la floraison ou du stolonnage respectivement. Pour le stolonnage, une interaction forte entre TFL1 et GA20ox4 a été mise en évidence par ANOVA. De plus, le suivi hebdomadaire de cette population pendant deux ans a montré que le processus de remontée florale prédominait celui de stolonnage. En conclusion, les données obtenues permettent une meilleure compréhension du stolonnage et de la balance entre les deux modes de reproduction chez le fraisier diploïde. / The diploid woodland strawberry (2n=2x=14) is a good model for genetic and genomic studies since it presents a small genome completely sequenced and its generation period is short. This species displays two modes of reproduction, sexual with flowering and vegetative through runnering, which is the capacity to form stolon. In addition, this species displays contrasted genotypes for their variation of flowering length because of difference in the period of floral initiation. This trait is under the control of TFL1. However, the genetic and molecular control of vegetative reproduction is poorly understood as the one of the balance between the two modes of reproduction. The objective of this work was to characterize the gene responsible of runnering and to decipher genetically and physiologically the balance between the two modes of reproduction. By developing a strategy combining linkage map, bulks and NGS, we found that runnering is controlled by the gibberellin (GA) oxidase, FvGA20ox4. The loss of runnering function is caused by a deletion of nine nucleotides, which does not change the open reading frame of the RNA and leads to a protein shortened by three amino acids. The GA oxidase activity was confirmed in enzymatic activity assays with recombinant protein. In addition, the loss-of-function can be restored by exogenous GA3 application. The genetic architecture of the balance between two reproductive modes, sexual and vegetative, was deciphered based on QTL approach. Results showed that, beside the known roles of TFL1 and GA20ox4 genes in promoting perpetual flowering and runnering processes respectively, two loci localized on LG4 and LG3 were linked to the quantitative responses of these processes. In addition, TFL1 and GA20ox4 genes showed epistatic interaction, and the process of flowering was maintained as priority over runnering, which decreased. These results provided new insight in the genetic control of the relationship between sexual and vegetative reproduction.

L'étude de la ramification chez le pois, à partir des mutants hyper-ramifiés ramosus (rms) a permis de mettre en évidence l'existence d'une nouvelle famille d'hormones végétales : les strigolactones, inhibant la ramification des plantes à graines. La découverte de cette hormone végétale ouvre de nouvelles pistes de recherche sur la biosynthèse et la perception de cette nouvelle hormone. Nous avons montré le rôle du gène PsBRC1, codant un facteur de transcription de type TCP et homologue du gène TEOSINTE BRANCHED1 du maïs, dans la voie de signalisation des strigolactones. L’étude de ce gène nous a permis d'avoir une meilleure compréhension de l’interaction entre strigolactones et cytokinines dans le contrôle de la ramification, de la dynamique de la levée de dormance des bourgeons axillaires, et d'effectuer les premières études de relations structure-activité des strigolactones sur l’inhibition de la ramification chez le pois.Nous avons étudié et caractérisé d'autres éléments dans la voie de signalisation. Chez le pois, deux mutants, autres que Psbrc1, ne répondent pas à l’application de strigolactones, rms3 et rms4. Le gène RMS4 code pour une protéine à boîte F. Nous nous sommes focalisés ici sur le mutant hyper-ramifié rms3. Nous avons montré que RMS3 est l'homologue du gène D14 du riz, codant pour une protéine de la superfamille des α-β/hydrolases. Ces protéines peuvent avoir une activité enzymatique et ainsi pourraient modifier les strigolactones en un composé actif. Le récepteur des gibbérellines GID1 appartient aussi à cette famille, RMS3 est donc un bon candidat pour être le récepteur des strigolactones. Nous avons utilisé une strigolactone radiomarquée afin d’étudier le métabolisme de l'hormone. Nous avons découvert que la strigolactone synthétique, 3H-GR24 est clivée en un composé inconnu au contact des racines, indépendamment de l'activité de la protéine RMS3. Ce composé de structure inconnue se retrouve aussi dans la sève du xylème alors que 3H-GR24 y est absent.Outre un phénotype hyperbranché les mutants rms présentent une diminution de la taille de leurs entre-nœuds, qui n'est pas due à l’augmentation de la ramification. Nous avons étudié l'origine du nanisme des mutants déficients en strigolactones et affectés dans la réponse à l’hormone. Des approches génétiques et moléculaires ont été utilisées pour tester une interaction possible entre les strigolactones et les gibbérellines. Nous avons montré que les strigolactones régulaient l’élongation des entre-nœuds indépendamment des gibbérellines.Le pois est un excellent modèle en génétique et en physiologie. Avec le développement de nouvelles techniques à l'INRA (TILLING; UNIGENE : ensemble de plus de 40000 séquences exprimées de pois), nous avons pu identifier de nouveaux gènes de biosynthèse des strigolactones chez le pois et obtenir plusieurs nouveaux mutants de pois. Ces mutants seront essentiels pour les futures études du laboratoire et pourront permettre d'identifier de nouveaux intermédiaires dans la biosynthèse et le métabolisme des strigolactones. / The study of shoot branching in pea, using the high branching ramosus (rms) mutants has highlighted the existence of a new family of plant hormones: the strigolactones, inhibiting shoot branching in seed plants. The discovery of this novel plant hormone opens novel research areas in the deciphering of strigolactone biosynthesis and strigolactone perception. We have shown the role of the pea TCP transcription factor, PsBRC1, the homolog of the maize TEOSINTE BRANCHED (TB1) in strigolactone signaling. The PsBRC1 gene was shown to have a role in integrating strigolactone and cytokinin pathways, and allowed to have a better understanding of the dynamics of bud outgrowth, and to perform the first strigolactone Structure-Activity Relationship studies for branching inhibition in pea. We investigated and characterized other elements in the signaling pathway, including the strigolactone receptor. In pea, two mutants, other than Psbrc1, do not respond to the application of strigolactones, rms3 and rms4. The RMS4 gene encodes an F-BOX protein and here we focused on the high branching rms3 pea mutant. We have shown that RMS3 is the homolog of the rice D14 gene encoding a protein of the α-β/hydrolase superfamily. Consequently RMS3 may have an enzymatic activity to modify strigolactone into an active compound. The gibberellin receptor GID1 also belongs to this family, therefore RMS3 is also a good candidate for the strigolactone receptor. We used a radiolabeled synthetic strigolactone, 3H-GR24, to investigate the metabolism of the hormone. We discovered that the synthetic strigolactone, 3H-GR24 is cleaved in an unknown compound in the root media independently of RMS3 activity, compound which is also found in the xylem sap in contrast to 3H-GR24. The rms mutants exhibit not only a high branching phenotype but also a reduced height which is not due to this high branching. We investigated the origin of the dwarfism of strigolactone-deficient and response mutants in pea. Genetic and molecular approaches have been used to test a possible interaction between strigolactones and gibberellins. We have shown that strigolactones regulate stem elongation independently of gibberellin. Pea is a powerful model plant for genetics and physiology. With the development of new facilities at INRA (TILLING; UNIGENE set of more than 40000 expressed sequences), we were able to identify new biosynthesis genes in pea and to obtain several novel pea mutants. These mutants will be essential for future studies of the laboratory in particular to identify new intermediates in strigolactone biosynthesis and metabolism.

L’architecture du système racinaire des légumineuses est déterminée par la croissance des racines et leur capacité à former des racines latérales et des nodosités symbiotiques fixatrices d’azote en fonction des conditions environnementales. Chez la légumineuse modèle Medicago truncatula, nous avons mis en évidence que les phytohormones gibbérellines (GAs) et leur voie de signalisation – médiée par trois protéines MtDELLAs présentant des profils d’expression redondants – jouent un rôle clé dans la régulation du développement du système racinaire. En conditions non-symbiotiques, les GAs régulent négativement la croissance racinaire en réprimant l’activité méristématique et l’élongation cellulaire, et inhibent la formation des racines latérales. En conditions symbiotiques, le rôle des GAs et de leur voie de signalisation est double : au niveau de l’épiderme, les protéines MtDELLAs régulent positivement l’infection par les bactéries symbiotiques Rhizobia en interagissant de façon directe avec la voie de signalisation des facteurs Nod bactériens. Au niveau du cortex, les GAs régulent négativement l’organogénèse des nodosités. Les phytohormones cytokinines (CKs) et leur récepteur MtCRE1 étant essentiels pour initier la nodulation, l’interaction entre les voies de signalisation GA et CK a été analysée en parallèle. Les CKs régulent le niveau de GAs bioactives en modulant l’expression des gènes de leur métabolisme de manière dépendante du récepteur aux CKs MtCRE1. Réciproquement, les GAs régulent les gènes du métabolisme CK et le niveau de CKs bioactives de manière dépendante des MtDELLAs. Par ailleurs, une forme activée de MtDELLA complémente partiellement le phénotype de nodulation du mutant cre1 et lie le promoteur de MtCRE1, indiquant que les voies de signalisation GA et CK régulent la nodulation en étroite association. / Legume root system architecture is determined by both root growth and their ability to form lateral roots and nitrogen-fixing symbiotic nodules, depending on environmental soil conditions. In the model legume Medicago truncatula, we have shown that the phytohormones gibberellins (GAs) and their signaling – involving three MtDELLA proteins with redundant expression patterns – play a crucial role in the regulation of the root system development. In non-symbiotic conditions, GAs negatively regulate root growth through the repression of meristematic activity and cell elongation, and inhibit lateral root formation. In symbiotic conditions, GA and their signaling pathway play a dual role: in the root epidermis, MtDELLA proteins positively regulate infection by symbiotic bacteria Rhizobia, by directly interacting with the bacterial Nod factor signaling pathway. In the root cortex, GAs negatively regulate nodule organogenesis. The phytohormones cytokinins (CKs) and their receptor MtCRE1 being essential for the initiation of nodulation, we additionally analyzed the crosstalk between GA and CK signaling. CKs regulate the bioactive GA pool, controlling the expression of GA-metabolic genes, depending on the MtCRE1 receptor. In turn, GAs regulate CK-metabolic genes and the bioactive CK pool, depending on MtDELLAs. In addition, a dominant version of a MtDELLA partially complements the nodulation phenotype of the cre1 mutant and binds to the MtCRE1 promoter. These results indicate that GA and CK signaling pathways closely interact to regulate nodulation.

Les gibbérellines (GA) sont des phytohormones qui régulent divers aspects du développement en réponse aux signaux endogènes et exogènes à la plante. Ainsi face à un stress, les niveaux de GA sont finement contrôlés, permettant une croissance adaptée aux contraintes environnementales. Au niveau moléculaire, les GA stimulent la croissance de la plante en s’opposant aux protéines DELLAs (DELLAs), facteurs nucléaires qui inhibent la croissance. Les DELLAs présentent plusieurs caractéristiques fonctionnelles notables, une activité transactivatrice et la capacité d’interagir avec d’autres protéines régulatrices, comme les répresseurs de la signalisation Jasmonate (JA), JA ZIM-domain (JAZ). Le génome d’Arabidopsis thaliana code pour cinq DELLAs possédant des fonctions redondantes et spécifiques. Le but de mon travail de thèse a été la caractérisation de la fonction biologique d’une DELLA, RGA-LIKE3 (RGL3). J’ai pu montrer que RGL3 modifie la défense de la plante face à des stresses biotiques. / The phytohormones gibberellins (GA) regulate major aspects of plant growth in response to endogenous and environmental signals. Upon the perception of stress, the levels of bioactive GA are adjusted, hence allowing a flexible growth response to environmental variability. At a molecular level, GA promote growth by stimulating the degradation of the growth repressing DELLA proteins. DELLAs are versatile nuclear proteins with several remarkable features, such as transactivation activity and protein–protein interaction capacities. Thus DELLAs interact with a series of highly divergent proteins, including different transcription factor families, but also the Jasmonate (JA) ZIM-domain (JAZ) proteins, repressors of JA signaling. The aim of this thesis work consisted in the characterization of the biological function of the DELLA RGA-LIKE3. I could show that RGL3 modulates plant defense responses against biotic stresses.

Notre équipe de recherche étudie l'action des hormones gibbérellines (GA) et cytokinines (CK) dans les processus de développement chez la plante modèle Arabidopsis thaliana. En recherchant des régulateurs de l'expression d'un gène impliqué dans la différenciation des cellules épidermiques et dont l'expression est contrôlée par ces deux hormones, une nouvelle famille de quatre protéines nommées GeBP (GL1 enhancer Binding Protein), GPL1 (GeBP Protein Like 1), GPL2 et GPL3 a été identifiée au laboratoire. Le but de ce travail de thèse était de caractériser moléculairement et fonctionnellement les membres de cette nouvelle famille multigénique.<br /> Nous avons tout d'abord vérifié l'adressage nucléaire des protéines GeBP/GPL et démontré leur capacité à former des dimères in planta via un motif Leucine-Zipper non canonique. L'analyse fonctionnelle a été abordée par l'étude de lignées simples et multiples mutantes gebp/gpl. Différentes données physiologiques et moléculaires convergentes ont démontré un rôle redondant des gènes GeBP/GPL dans le contrôle de la réponse aux CK. Enfin, une analyse globale des transcriptomes d'une lignée surexpresseur de GPL2 et du quadruple mutant gebp/gpl, nous a permis d'établir un lien entre les GeBP/GPL et CPR5, un gène impliqué dans la réponse aux pathogènes, et le contrôle du cycle cellulaire. Ce lien a été conforté expérimentalement par des mesures de ploïdies des noyaux des cellules foliaires montrant une dérégulation du cycle cellulaire chez la lignée quadruple mutant et la lignée surexpresseur de GPL2.<br />Les futurs travaux auront pour but de poursuivre l'étude de la fonction des GeBP/GPL et de confirmer le lien avec CPR5.